陳 慶，王孔明，楊 陽，劉孜學(xué)，汪 崢

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 科研院（產(chǎn)業(yè)中心），成都 610031）

懸掛式單軌又稱“空軌”、“空鐵”，是一種輕型、中速、中低運(yùn)量的新型公共交通系統(tǒng)。與地鐵相比，具有占地少、造價(jià)低、施工周期短、地形適應(yīng)性強(qiáng)、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)，可充分利用城市空間，在國外應(yīng)用十分廣泛[1]。

目前，我國大約有20個(gè)城市已開展懸掛式單軌交通的規(guī)劃和設(shè)計(jì)[2]。懸掛式單軌的軌道梁采用架空建設(shè)，內(nèi)部空間極為狹窄，且軌道梁內(nèi)布置有供電軌、通信信號(hào)設(shè)備等，人工巡檢和維修作業(yè)十分不便[3]。在緊急和故障情況下，旅客無法借用軌道梁進(jìn)行疏散，應(yīng)急救援效率遠(yuǎn)低于地鐵[4-5]。此外，軌道梁耐火性差，對(duì)火災(zāi)敏感，側(cè)風(fēng)也會(huì)影響列車正常運(yùn)行。

根據(jù)懸掛式單軌交通的特點(diǎn)及業(yè)務(wù)需求，開展集成化運(yùn)營(yíng)監(jiān)控與維修保障平臺(tái)（簡(jiǎn)稱：平臺(tái)）研究與開發(fā)，打通全線運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)信息鏈，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控和維修保障信息化管理，確保各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施處于健康狀態(tài)，提高線路運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定性和可靠性，增強(qiáng)安全保障能力，降低應(yīng)急疏散概率。

1 懸掛式單軌交通運(yùn)營(yíng)安全保障現(xiàn)狀與信息化需求

1.1 懸掛式單軌交通運(yùn)營(yíng)安全保障信息化現(xiàn)狀

德國的懸掛式單軌交通運(yùn)營(yíng)線路短，定位于短途銜接線和試驗(yàn)線，沒有配備運(yùn)營(yíng)安全保障信息化系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)人工檢查和維修方式。日本懸掛式單軌系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)、運(yùn)能較大、運(yùn)營(yíng)壓力大，配備了一些信息化設(shè)備輔助人工巡檢和維修，但無自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)安全保障的信息化程度不高。

目前，國內(nèi)對(duì)地鐵、高鐵、磁懸浮等軌道交通均已開展相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)安全保障體系研究[6-10]及安全保障系統(tǒng)[11-13]的研發(fā)和應(yīng)用。懸掛式單軌交通系統(tǒng)在國內(nèi)屬于全新制式的城軌交通系統(tǒng)，目前尚無建成開通的運(yùn)營(yíng)線路。因此，國內(nèi)相關(guān)單位尚未開展其運(yùn)營(yíng)安全保障體系的研究，缺乏相應(yīng)的信息化產(chǎn)品。

1.2 國內(nèi)懸掛式單軌交通運(yùn)營(yíng)安全保障的信息化需求

傳統(tǒng)上國內(nèi)軌道交通設(shè)備設(shè)施的檢測(cè)和維修依據(jù)分專業(yè)設(shè)置的原則，劃分為信號(hào)、通信、供電、工務(wù)等車間，各車間分別配備檢測(cè)、維修設(shè)備及人員，獨(dú)立開展作業(yè)。這種業(yè)務(wù)管理模式對(duì)于小規(guī)模線路，存在效率不高、定員較多的問題。另外，設(shè)施設(shè)備檢測(cè)與維修主要采用人工巡檢，基本采用定期修、故障修的策略，缺乏信息化檢測(cè)檢查手段，自動(dòng)化程度低，效率不高，且容易因漏檢而造成安全隱患。

與傳統(tǒng)軌道交通相比，懸掛式單軌交通線路規(guī)模較小、工程造價(jià)相對(duì)較低，其運(yùn)營(yíng)與維修成本也應(yīng)控制在相對(duì)較低的水平。因此，懸掛式單軌交通線路不能沿用傳統(tǒng)軌道交通的運(yùn)營(yíng)管理與維修保障模式，應(yīng)建立低成本、敏捷高效的綜合運(yùn)營(yíng)與維修管理體系，消除專業(yè)分工形成的信息壁壘，建立數(shù)據(jù)共享和聯(lián)動(dòng)控制機(jī)制。同時(shí)，針對(duì)懸掛式單軌交通應(yīng)急疏散難度大、軌道梁內(nèi)多專業(yè)設(shè)備巡檢和維修不便、對(duì)環(huán)境敏感等特點(diǎn)，需要對(duì)影響運(yùn)營(yíng)安全的各種潛在危險(xiǎn)因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行及時(shí)、經(jīng)濟(jì)的維護(hù)保養(yǎng)，在保障安全運(yùn)營(yíng)的前提下有效控制維修成本。

為此，有必要建立集綜合監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控和維修保障為一體的信息系統(tǒng)平臺(tái)，通過對(duì)各類設(shè)備設(shè)施及運(yùn)行環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信息的自動(dòng)實(shí)時(shí)采集、集中管理和綜合利用，達(dá)到減員增效、控制運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、保障運(yùn)營(yíng)安全的目的。

2 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.1 功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)功能框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框架

2.1.1 綜合監(jiān)測(cè)

通過監(jiān)測(cè)信息采集和集中顯示，對(duì)影響線路運(yùn)營(yíng)的不安全因素實(shí)施監(jiān)控，進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，便于運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握運(yùn)營(yíng)動(dòng)態(tài)，實(shí)施集中調(diào)度和統(tǒng)一指揮，提高調(diào)度效率和準(zhǔn)確率。

（1）信息采集：通過接口獲取影響線路運(yùn)營(yíng)的各類監(jiān)測(cè)信息，包括列車位置及故障數(shù)據(jù)、信號(hào)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、橋梁（含軌道梁）的結(jié)構(gòu)/健康狀態(tài)數(shù)據(jù)、火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控報(bào)警數(shù)據(jù)、限界監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（2）集中監(jiān)測(cè)：將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理、分級(jí)分類和信息融合，以可視化方式在監(jiān)控界面（包括調(diào)度終端、大屏等）上綜合顯示；平臺(tái)的監(jiān)控界面可與運(yùn)行控制中心（OCC）的顯示大屏統(tǒng)一設(shè)計(jì)和合并配置，實(shí)現(xiàn)資源共享。

（3）實(shí)時(shí)報(bào)警：對(duì)危及運(yùn)營(yíng)安全的監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)及時(shí)報(bào)警，按照業(yè)務(wù)管理職責(zé)，自動(dòng)向相關(guān)人員傳遞報(bào)警信息。

2.1.2 運(yùn)營(yíng)監(jiān)控

對(duì)影響列車安全運(yùn)行的各類不安全因素進(jìn)行集中監(jiān)控，在事故或不安全事件發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)警，預(yù)防事故發(fā)生，降低災(zāi)害的影響，降低應(yīng)急疏散與救援的概率。

（1）危險(xiǎn)判別：對(duì)橋梁/軌道梁/氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，通過建模分析，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)預(yù)判，提前預(yù)知可能發(fā)生的事故。

（2）綜合預(yù)警：對(duì)影響運(yùn)營(yíng)的危險(xiǎn)事件進(jìn)行分類、分級(jí)管理和及時(shí)預(yù)警，便于調(diào)度人員進(jìn)行應(yīng)急處置。

（3）輔助決策：根據(jù)危險(xiǎn)事件類型和級(jí)別，自動(dòng)生成限速、停車等行車安全應(yīng)急處置建議；通過與信號(hào)系統(tǒng)的接口，可將行車控制建議發(fā)送至信號(hào)系統(tǒng)和列車乘務(wù)員，以執(zhí)行限速、降速、停車等行車控制指令。

2.1.3 維修保障

實(shí)現(xiàn)維修全過程的信息化管理和現(xiàn)場(chǎng)安全控制，規(guī)范作業(yè)組織實(shí)施流程，提高作業(yè)效率，強(qiáng)化安全措施的落實(shí)，保障作業(yè)安全。

（1）計(jì)劃管理：實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)的設(shè)備設(shè)施綜合維修計(jì)劃的編制、審批、下達(dá)及執(zhí)行反饋監(jiān)控，形成完整信息閉環(huán)；綜合維修計(jì)劃可根據(jù)維修要求及行車計(jì)劃，合理統(tǒng)籌安排各類維修作業(yè)，并具備沖突檢查機(jī)制，確保計(jì)劃具備較高的兌現(xiàn)率，有效提升綜合維修的效率。

（2）作業(yè)管理：調(diào)度人員完成維修作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)請(qǐng)點(diǎn)、銷點(diǎn)進(jìn)行登記，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行全過程監(jiān)控；對(duì)進(jìn)出場(chǎng)的人員、攜帶的工器具等設(shè)備進(jìn)行管理，保證作業(yè)結(jié)束后人員和設(shè)備完全出清。

2.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)按處理邏輯可劃分為接入層、數(shù)據(jù)層、邏輯層、應(yīng)用層、表示層5個(gè)層次，如圖2所示。

（1）表示層：實(shí)現(xiàn)信息綜合顯示，提供用戶操作界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

（2）應(yīng)用層：實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控、維保保障及系統(tǒng)管理與維護(hù)等功能。

（3）邏輯層：完成數(shù)據(jù)分析處理及業(yè)務(wù)處理邏輯的實(shí)現(xiàn)，包括檢測(cè)分析、評(píng)估判斷、預(yù)測(cè)和報(bào)警、控制策略、沖突檢查等。

（4）數(shù)據(jù)層：負(fù)責(zé)各類數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)，包括采集的氣象、火災(zāi)、限界、橋梁/軌道梁及設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、列車運(yùn)行監(jiān)視與行車控制數(shù)據(jù)、列車故障數(shù)據(jù)、報(bào)警/預(yù)警數(shù)據(jù)等。

圖2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)示意

（5）接入層：通過開放的數(shù)據(jù)接口，將信號(hào)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、限界系統(tǒng)、氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、橋梁/軌道梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入平臺(tái)。

2.3 硬件設(shè)備構(gòu)成與部署

平臺(tái)的硬件及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要部署在線路的車輛基地專用機(jī)房、OCC及正線各車站的車控室，如圖3所示。

專用機(jī)房?jī)?nèi)主要設(shè)置服務(wù)器、磁盤陣列、防火墻、接口工控機(jī)、交換機(jī)和不間斷電源（UPS）等設(shè)備；OCC設(shè)置調(diào)度終端1臺(tái)、綜合顯示大屏1套；正線各車站的車控室設(shè)置調(diào)度工作站1臺(tái)。平臺(tái)采用專用通信網(wǎng)絡(luò)，滿足所有設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)要求。

圖3 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成

2.4 數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

平臺(tái)與其它系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)接口見表1。

表1 與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 綜合運(yùn)營(yíng)和維修管理體制研究

傳統(tǒng)的軌道交通專業(yè)分工管理模式不能滿足懸掛式單軌交通安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)營(yíng)要求，需要構(gòu)建綜合運(yùn)營(yíng)與維修管理體系，對(duì)全線設(shè)備設(shè)施的檢測(cè)、維修作業(yè)進(jìn)行跨專業(yè)整合，可在一個(gè)統(tǒng)一的信息管理平臺(tái)的支持下，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)綜合檢測(cè)與維修業(yè)務(wù)的融合，實(shí)行統(tǒng)一作業(yè)管理和調(diào)度指揮。為此，對(duì)通信、信號(hào)、供電等各專業(yè)維修養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)和總體規(guī)劃，制定綜合維修計(jì)劃，統(tǒng)一組織實(shí)施，全過程集中監(jiān)控，形成發(fā)現(xiàn)問題—處理問題—解決問題—問題反饋的閉環(huán)控制。綜合運(yùn)營(yíng)與維修管理打破傳統(tǒng)專業(yè)分工界限，實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備、備品備件、維修工具等資源的優(yōu)化配置，形成協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的調(diào)度指揮機(jī)制。

在此基礎(chǔ)上，依據(jù)重新規(guī)劃設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)營(yíng)與維修管理業(yè)務(wù)流程，進(jìn)行平臺(tái)應(yīng)用軟件的分析與設(shè)計(jì)。

3.2 輔助決策模型與智能分析算法

研究輔助決策模型和智能分析算法，對(duì)采集的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，根據(jù)具體場(chǎng)景、業(yè)務(wù)規(guī)則等建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制和安全聯(lián)鎖機(jī)制，提供實(shí)時(shí)預(yù)警、輔助決策支持和建議，增強(qiáng)調(diào)度人員應(yīng)急處置效能；將設(shè)備設(shè)施的工作狀態(tài)、維修要求與列車開行計(jì)劃聯(lián)動(dòng)，提供沖突檢查及列車運(yùn)行建議。

3.3 開放接口設(shè)計(jì)

研究與通信、信號(hào)、供電、橋梁、車輛、限界等多專業(yè)的信息系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備的接口方案，采用開放的接口設(shè)計(jì)，提供靈活的接口配置，按接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，統(tǒng)一采集各類設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)。

4 平臺(tái)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)軟件采用B/S應(yīng)用模式，開發(fā)工具選用Visual Studio 2019，前端應(yīng)用采用VUE 2.0，后臺(tái)應(yīng)用采用ASP.NET Core 3.1。

平臺(tái)已通過具有中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）資質(zhì)的第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)的測(cè)試，獲得測(cè)試報(bào)告和證書，系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 平臺(tái)測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)束語

懸掛式單軌交通運(yùn)營(yíng)監(jiān)控與維修保障平臺(tái)是集全線綜合監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控和維修保障為一體的綜合化信息管理系統(tǒng)，具備智能分析處理與聯(lián)動(dòng)控制功能，可提供風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判、處置建議與應(yīng)急預(yù)案，有助于提高運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮和維修保障工作效率，增強(qiáng)應(yīng)急反應(yīng)能力，為保障線路安全運(yùn)營(yíng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)手段，達(dá)到減員增效、降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本的目的。

為滿足日益增長(zhǎng)的交通出行需求，國內(nèi)多個(gè)城市已在規(guī)劃和設(shè)計(jì)懸掛式單個(gè)軌線路。本文研究開發(fā)的懸掛式單軌交通運(yùn)營(yíng)監(jiān)控與維修保障平臺(tái)對(duì)我國懸掛式單軌交通線路的工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)規(guī)劃有一定的借鑒意義。該平臺(tái)產(chǎn)品尚未在實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路中應(yīng)用，下一步將結(jié)合具體運(yùn)營(yíng)線路的建設(shè)完成平臺(tái)實(shí)施，在平臺(tái)應(yīng)用過程中對(duì)其功能和性能進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。